关于变频器在热电厂中的节能改造应用方案

　　随着变频技术的成熟，变频器在电气传动领域中应用越来越广泛。其控制方式的多样性、完善的电机保护功能以及其特有的优点是目前在工控领域其它无可比拟的。

　　一、变频器工作原理

　　变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。低压变频器主要采用交—直—交方式，先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。通过变频器可以自由调节电机的速度。如图1为变频器内的控制电路框图。

图1 变频器内的控制电路框图

　　二、节能分析

　　变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系： n =60 f（1-s）/p，（式中n、f、s、p分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数）；通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。通过流体力学的基本定律可知：风机、泵类设备均属平方转矩负载，其转速n与流量Q，压力H以及轴功率P具有如下关系：Q∝n ，H∝n2，P∝n3；即，流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。如下图示为压力H-流量Q曲线特性图：风机、泵类在管路特性曲线R1工作时，工况点为A，其流量压力分别为Q1、H1，此时风机、泵类所需的功率正比于H1与Q1的乘积，即正比于AH1OQ1的面积。由于工艺要求需减小流量到Q2，实际上通过增加管网管阻，使风机、泵类的工作点移到R2上的B点，压力增大到H2，这时风机、泵类所需的功率正比于H2与Q2的乘积，即正比于BH2OQ2的面积。显然风机、泵类所需的功率增大了。这种调节方式控制虽然简单、但功率消耗大，不利于节能，是以高运行成本换取简单控制方式。

　　n1-代表电机在额定转速运行时的特性；

　　n2-代表电机降速运行在n2转速时的特性；

　　R1-代表风机、泵类管路阻力时的阻力特性；

　　R2-代表风机、泵类管路阻力增大到某一数组时的阻力特性。

　　若采用变频调速，风机转速由n1下降到n2，这时工作点由A点移到C点，流量仍是Q2，压力由H1降到H3，这时变频调速后风机所需的功率正比于H3与Q2的乘积，即正比于CH3OQ2的面积，由图可见功率的减少是明显的。对于风机、泵类设备采用变频调速后的节能效果，通常采用以下两种方式进行计算：若采用变频调速，风机转速由n1下降到n2，这时工作点由A点移到C点，流量仍是Q2，压力由H1降到H3，这时变频调速后风机所需的功率正比于H3与Q2的乘积，即正比于CH3OQ2的面积，由图可见功率的减少是明显的。

　　三、改造前设备工况

　　贵公司设备是通过调节挡风板和阀门的开启角度的机械调节方法来满足不同的用风量，这种操作方式的缺点是：

    （1）电机及风机的转速高，负荷强度重，电能浪费严重；

    （2）调节差，控制不；

    （3）电气控制直接起动，启动时电流对电网冲击大，需要的电源（电网）容量大，功率因素较低；

    （4）起动时机械冲击大，设备使用寿命低；

    （5）电气保护特性差，当负载出现机械故障时不能瞬间动作保护设备等。采用变频器可实现大的电动机的软停、软起，避免了启动时的电压冲击，减少电动机故障率，延长使用寿命，同时也降低了对电网的容量要求和无功损耗。

　　四、变频改造方案

　　变频柜具有工/变频切换功能，系统各台电机均由相应变频器驱动，在变频器出现故障时可自动切换到工频启动，以保证生产的连续性。能远程控制起动、停止。变频柜控制电气图如下：

　　五、总结

　　采用变频器控制将有以下诸多优点：

　　（1）、采用变频器控制电机的转速，取消挡板调节，降低了设备的故障 率，节电效果显着；

　　（2）、采用变频器控制电机，实现了电机的软启动，延长了设备的使用寿命，避免了对电网的冲击；

　　（3）、电机在低于额定转速的状态下运行，减少了噪声对环境的影响；

　　（4）、具有过载、过压、过流、欠压、电源缺相等自动保护功能；

　　（5）、变频具有工/变频自动切换功能，能够保证生产的连续性。

　　实践证明，变频改造具有显着的节电效果，是一种理想的调速控制方式。既提高了设备效率，又满足了生产工艺要求，并且还大大减少了设备维护、维修费用，另外当采用变频调速时，由于变频装置内的直流电抗器能很好的改善功率因数，也可以为电网节约容量。直接和间接经济效益十分明显。